线性变参数振动系统的全局辨识

制造系统中存在大量振动特性随特定参数变化而变化的线性变参数振动系统。这类线性变参数振动系统的辨识目前主要通过局部辨识方法,为了准确辨识需要在不同调度变量下进行大量实验,往往效率很低。为了准确而高效地辨识线性变参数振动系统,提出一种全局辨识方法。对调度变量连续变化的线性变参数振动系统持续施加激励,将系统的振动微分方程进行时域离散,利用过完备字典函数库对离散模型进行表征,并利用稀疏回归进行求解,即可根据调度变量数据和系统的激励-响应数据一次辨识得到系统模型。以实际机床刀尖结构的模态参数数据,建立线性变参数振动系统代理模型进行验证。在单调度变量和多调度变量案例中,全局辨识得到的模态参数平均误差均在2.7%以下,充分显示了所提出全局辨识方法的有效性,也验证了线性变参数振动系统全局辨识的可行性。     

基于μ综合的压电柔性结构振动主动控制

利用模态理论和μ综合方法,对智能柔性悬臂梁进行振动主动控制研究。以压电陶瓷为作动器,电阻应变计为传感器,采用有限元方法和实验模态测试方法建立结构动力学模型,对两种方法所得结果进行比较分析可知有限元模型与实际系统存在误差。考虑外部扰动和量测噪声的不确定性,同时考虑系统固有频率、阻尼比和作动器参数的不确定性,选择模态位移信号为评价量,根据信号的频率特性选择合适的加权函数,利用μ综合方法设计振动控制器。从频域角度分析控制器的有效性,结果表明该控制器能抑制不确定干扰对输出应变的影响,能在系统不确定性情况下满足控制要求,说明控制器具有鲁棒性。进行了振动主动控制实验研究,结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应。     

双柔性梁振动激光视觉测量与自适应协同控制

双柔性梁耦合结构常用于航天领域，如太阳翼伸展结构、太阳能电池阵等。针对双柔性耦合梁系统振动非接触测量和控制问题，构建了基于点激光结构光视觉系统的测控实验平台，进行了点激光视觉振动测量研究和振动控制算法设计。对点激光视觉系统进行标定，通过图像处理结合几何方法提取了柔性梁的振动信号。建立了系统动力学模型，采用小波变换和优化方法辨识状态空间方程参数。设计了直接自适应模糊协同控制器（Direct Adaptive Fuzzy Cooperative Controller, DAFC）进行双柔性梁系统的振动主动控制，采用羚羊优化算法基于辨识模型优化控制器参数。在双柔性耦合梁系统固定和平移运动两种情况下，进行了振动视觉检测和控制实验研究。实验结果表明：所设计的点激光视觉传感器有较好的振动测量精度，DAFC控制器相比于PD控制器有更好的控制效果，可以更加快速地抑制双柔性耦合梁的振动。     

一种新型两自由度柔性并联机械手的主动振动控制及其仿真

针对一种新型两自由度柔性并联机械手,在含有压电元件的有限元模型基础上,基于模态理论和滑模变结构理论,研究其振动主动控制问题。采用有限元法和模态理论建立系统的动力学模型。根据系统的性能要求,采用最优化方法确定滑移面,基于Lyapunov直接法设计滑模控制器。控制器能对系统的前几阶模态实施控制,实现机械手的振动主动控制。仿真结果表明,该控制器可有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,减小并联机械手动平台的位置误差,从而验证了该控制器的可行性和有效性。     

基于趋近律离散滑模控制的柔性梁振动抑制

研究了基于趋近律的离散滑模控制在智能柔性悬臂梁振动控制中的应用.以压电陶瓷为作动器,电阻应变片为传感器,采用有限元方法和模态截断技术建立结构动力学模型.由于柔性结构系统受到不确定外部扰动和量测噪声的影响以及参数的不确定性,滑模变结构控制可以实现滑动模态与系统的外干扰和参数摄动无关,即滑动模态的不变性.结构振动控制在系统状态由于外部干扰的影响偏离平衡状态,在控制器作用下能使系统趋于零状态.采用趋近律离散滑模控制方法设计状态调节器.由于状态量不能直接测量,故利用离散卡尔曼滤波技术构造状态估计器.采用试验模态测试方法得到结构的前4阶固有频率和阻尼比,与有限元方法的结果比较,说明该模型的正确性.使用dSPACE实时仿真系统和MATLAB/Simulink搭建控制系统,进行了振动主动控制试验.试验结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应.     

柔性铰接板振动视觉测量与小波神经网络控制

为了解决航天器上用于供能的太阳帆板类柔性薄板结构的振动问题,针对一种移动柔性铰接板系统构建了双目视觉系统的振动测控实验平台,采用双目立体视觉方法来检测振动,并设计了自回归小波神经网络控制器（Self-Recurrent Wavelet Neural Network Controller, SRWNNC）来抑制振动。对双目视觉系统进行了标定,基于视差原理和图像处理算法,通过解算标志点的三维坐标来获取振动信号。建立了系统的有限元模型,并通过辨识得到校正后的系统模型参数。基于辨识得到的模型在仿真环境中训练SRWNNC,用于实验系统的振动主动控制。分别针对移动柔性铰接板系统固定基座和平移轨迹运动两种情况,进行了双目视觉振动检测和振动控制仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,双目视觉传感器对振动信号的检测精度小于0.1 mm,SRWNNC也展现出比大增益PD控制器更好的抑振效果,验证了双目视觉振动检测和SRWNNC抑制振动的准确性和有效性。     

Deployment Control Method for Flexible Deployable Antennas Based on FFT Filter

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法.利用瑞利-里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型.根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果,应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分.基于机构的瞬时结构分析,将机构基频与结构基频的概念联系起来,并确定滤波的截止频率.针对两部分反馈信号的特点,分别设计刚性控制器和柔性控制器.刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开,柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响.讨论两组控制器增益参数的耦合关系,并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则.仿真结果说明该方法的可行性和合理性.     

基于神经网络的结构振动主动控制方法

以矩形简支薄板为研究对象,设计了一种基于神经网络的结构振动主动控制系统,通过对薄板表面施加激振力,来控制其振动噪声的辐射特性,采用有辨识器和无辨识器两种反馈控制算法实施频域控制.控制系统中的控制器和辨识器的拓扑结构均采用神经网络,分别称为神经网络控制器(neural network nontroller,简称NNC)和神经网络辨识器(neural network identifier,简称NNI).仿真结果表明,两种控制策略均可实现多频点控制,前者精度高,后者易实现.构建了简支薄板振动主动控制实验系统,针对易实现的无辨识器控制算法进行实验验证.实验控制效果良好,验证了该算法的正确性和可行性.     

基于HHT的高坝泄流结构工作模态参数辨识

基于高坝的工作特点,提出一种适用于泄流结构的工作模态参数时域辨识方法。对于低信噪比泄流结构振动信号,首先,利用小波阈值-经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)联合滤波方法滤除低频水流脉动噪声和高频白噪声,得到结构振动有效信息;然后,通过希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)原理辨识结构系统的固有频率及阻尼比;最后,结合奇异熵增量理论对系统模态进行定阶和模态验证。仿真研究表明,该方法能够有效避免模态分解中的频率混杂,具有较强的鲁棒性以及较高的辨识精度。将该方法应用于三峡重力坝5号溢流坝段,可准确辨识出结构系统的工作模态参数,为研究高坝泄流结构安全运行与在线无损动态检测提供基础。     

基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究如何基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。采用扩张状态观测器实时估计对象模型摄动及外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定非线性系统的动态补偿线性化。针对线性的"积分器串联型"对象,设计非线性状态误差反馈控制律。对不确定参数空间83杆智能桁架结构进行自抗扰振动控制仿真研究。结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时,自抗扰振动控制器仍可以获得理想的控制效果,具有很好的适应性和鲁棒性。